国际团队研发新型电光频率梳集成设计

    近日，一个由洛桑联邦理工学院(EPFL)、科罗拉多矿业学院和中国科学院的研究人员组成的国际团队在电光(EO)频率梳领域取得重要突破。该团队在TobiasJ.Kippenberg教授的带领下，成功研发了一种新的EO频率梳集成设计，显著扩展了频率梳的带宽并降低了其微波功率要求。这一成果有望在机器人、环境传感、光谱学、天文学等多个领域发挥重要作用。

    一、创新设计与技术原理
    该团队使用集成三重谐振架构创建了EO梳状发生器。该架构包含三个相互作用的场——两个光场和一个微波场，它们共同产生共振。研究人员在低双折射材料薄膜钽酸锂(LiTaO3)平台上将单片微波集成电路与光子集成电路(PIC)相结合，通过在基于LiTaO3的PIC上嵌入分布式共面波导谐振器，显著提高了微波限制和能量效率，将微波功率要求降低了近20倍。
    传统上，铌酸锂(LiNbO3)被用于实现EO频率梳，但其具有有限的光谱覆盖范围，因为驱动非谐振电容电极所需的微波功率很大，并且LiNbO3具有很强的固有双折射，限制了梳子可实现的带宽。而LiTaO3的固有双折射比LiNbO3低17倍。通过采用集成三重谐振方法，该团队设计了一种紧凑型EO梳，具有宽带宽和低功耗要求。与传统的非谐振微波设计相比，新的梳状设计通过谐振增强的电光相互作用和LiTaO3中双折射的降低，实现了4倍梳状跨度扩展和16倍功率降低。

    二、实验结果与性能表现
    在实验中，新梳状设计的光谱覆盖范围超过450nm（超过60太赫兹），梳状线超过2000条，超出了当前EO频率梳技术的极限。梳状物可在90%的自由光谱范围内实现稳定运行，无需复杂的调谐机制。该设备使用简单的自由运行分布式反馈激光二极管进行操作，使其比克尔孤子梳更容易使用。此外，研究人员发现，强EO耦合可增加梳状物的存在范围，接近光学微谐振器的全部自由光谱范围。

    三、研究意义与应用前景
    该研究成功研发的新型EO频率梳集成设计，不仅显著扩展了频率梳的带宽，还大幅降低了其微波功率要求，为EO频率梳在多个领域的应用提供了新的可能性。其紧凑的尺寸和简单的操作方式，使其在需要精确激光测距的应用（如机器人技术）和精确传感至关重要的领域（如环境监测）中具有广阔的应用前景。此外，该团队用于共同设计微波和光子学的方法还可以扩展到一系列集成EO应用，为下一代设备的研发提供了新的思路。

    未来，研究人员将继续探索该技术的潜力，进一步优化集成设计，提高性能，并推动其在更多领域的应用。这一新型EO频率梳集成设计的成功研发，为光学频率梳技术的发展注入了新的活力，有望在多个领域引发新的技术变革。
    该研究发表在《自然》杂志上。